Дендрити нейронів виявилися в кілька разів більш активними, ніж їх тіла.
Нейрон, як ми знаємо, складається з тіла (або соми) і відростків - аксона і декількох дендритів. Аксон - відросток передавальний, через нього імпульс йде від тіла клітини до іншого нейрона. Дендрити - відростки приймаючі, вони збирають імпульси від інших нейронів і передають тілу (хоча насправді деякі дендрити проводять сигнал у двох напрямках, до тіла і від тіла нейрона).
Малюнок імпульсів, які нервова клітина відправляє далі по ланцюжку, відрізняється від того, що сама вона «почула» від сусідів: вхідні дані якось перебудовуються, узгоджуються один з одним залежно від часу отримання і ритмічного малюнка (адже дендритів у клітини багато, і вони можуть приймати різні імпульси), і на вихід відправляється результат такої внутрішньої обробки. Можна сказати, що кожен нейрон, подібно до дуже маленького комп'ютера, займається обчисленням сигналів.
Довгий час вважалося, що головною «дійовою особою» в імпульсних операціях виступає саме тіло клітини - адже до нього стікаються імпульси від дендритів; самі ж дендрити в такому випадку служать просто провідниками. Але потім з'ясувалося, що дендрити впливають на електричні властивості тіла; що багато залежить від того, як далеко по дендриту йшов вхідний сигнал; нарешті, дендрити формують велику кількість синапсів, так що їм доводиться якось організовувати масу сигналів ще до того, як вони дійдуть до тіла.
Також вдалося показати, що дендрити самі можуть генерувати імпульс. Однак досі вважали, що в живому організмі електрична активність дендритів відповідає електричній активності тіла нейрона-передавача: передавальний нейрон згенерував - приймаючі дендрити відповіли.
Результати нейробіологів з Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі говорять про те, що і в цьому пункті наші уявлення про те, як працюють дендрити, треба істотно переглянути. У статті, яку дослідники опублікували в Science, сказано, що дендрити набагато активніші, ніж нейронні тіла. Взагалі вивчати нейрон по частинах досить непросто: якщо тіло його досить масивне, щоб в нього можна було ввести мікроелектрод, то з найтоншими дендритами таке завдання сильно ускладнюється.
Як ми сказали, власні імпульси у дендритів бачили і раніше, але бачили їх у окремих клітин, що ростуть у живильному середовищі. Щоб подивитися, як поводиться дендрит в «природному середовищі», потрібно було ввести в нього електрод прямо в мозку - але, оскільки піддослідна тварина залишалася в живих і активно рухалася, нейрон з електродом в дендриті швидко вмирав.
Однак зараз технології дозволяють реєструвати активність дендритів за допомогою електродів, що знаходяться не в самому відростку, але поруч з ним. Саме такий метод використовували у своїх експериментах Джейсон Мур і його колеги (Jason J. Moore), які протягом декількох днів спостерігали за дендритами задньої теменного кору щурів, поки тварини вільно розгулювали по клітці. Одна з функцій задньої темної кори - планування рухів, тому, як легко здогадатися, її нейрони особливо активні під час пильнування і заспокоюються під час сну.
Порівнявши активність нейронних тіл і дендритів, дослідники виявили, що відростки працюють набагато інтенсивніше: порівняно з нейронними тілами, вони генерують удесятеро більше імпульсів під час пильнування, і вп'ятеро більше - під час сну. Більш того, дендрити, на відміну від тіл, можуть регулювати початкові умови імпульсу. Відомо, що тіло нейрона генерує спайки (імпульси) за принципом «все або нічого», тобто імпульс або є, або немає. Це схоже на бінарний машинний код, що складається з нуля і одиниць, і вважається, що саме малюнок таких імпульсів (їх частота, угруповання в часі) лежить в основі запам'ятовування і навчання. У дендритів же, як виявилося, режим «все або нічого» поєднується зі здатністю працювати в широкому діапазоні електричних потенціалів.
Коли нейрон генерує потенціал дії, в ньому відбувається наступне: під дією якогось стимулу (наприклад, сигналу від іншого нейрона) відбувається швидке перегрупування іонів по обидва боки мембрани, і, як наслідок, змінюється напруга на мембрані. Ця зміна поширюється на сусідні ділянки нейронного відростка - імпульс починає бігти по нейрону.
Однак поява імпульсу залежить від вихідних параметрів мембрани, від того, в якому електрохімічному стані вона знаходиться. І ось такі стани, як виявилося, у дендритів варіюють в дуже широких межах: діапазон підпорогових значень напруги у них навіть більший, ніж амплітуда самого потенціалу дії, яка виникає при перетині порогу збудження.
І якщо сам потенціал дії порівнюють з цифровим кодуванням інформації (імпульс або є, або немає), то зміни в електричних властивостях дендритної мембрани нагадують скоріше якийсь аналоговий пристрій, і самі автори роботи кажуть, що дендрити можуть обробляти інформацію, працюючи в змішаному, аналогово-цифровому режимі. Це, у свою чергу, додає можливостей у кодуванні інформації.
Ми вже якось писали про те, що запам'ятовування інформації залежить від того, чи збігається активність тіла клітини і її дендритів. Але також можна припустити, що навчання і запам'ятовування залежать і від узгодженої роботи дендритів між собою. І якщо врахувати, що на дендрити припадає 90% нервової тканини, то, можливо, основну масу обчислювальної роботи в мозку виконує якраз «об'єднаний дендритний комп'ютер».